WO2012137405A1

WO2012137405A1 - 天井扇

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Publication number: WO2012137405A1
Application number: PCT/JP2012/001486
Authority: WO
Inventors: 拓也小棚木; 篤長田; 務加藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2013-10-06

Abstract

取付部と、電動機と、回転体と、複数の羽根とを有し、羽根が回転し送風を行う天井扇において、羽根は前縁と後縁とを有し、回転軸の中心から羽根の先端までの水平方向長さを天井扇半径とし、回転軸を中心とした任意の天井扇半径における羽根の円筒断面の前縁と後縁とを結ぶ翼弦が水平面となす角度を羽根角度としたとき、天井扇半径の１／２近傍位置の羽根角度が最大になるとともに、翼弦の長さが最大になり、任意の天井扇半径における羽根角度の最小値と最大値との差が６°以上２０°以下である。

Description

天井扇

　本発明は、天井扇に関する。

　天井面に取り付けて使用される従来の天井扇は、羽根の各半径方向における周速に応じて取付角度を最適化していた。そのため天井扇は、低消費電力となり、高風量が得られていた（例えば、特許文献１参照）。

　以下、従来の天井扇について図７～８を参照しながら説明する。図７は、従来の天井扇を示す斜視図である。図７に示すように本体１０１は、天井扇モータ１０３と、天井取付部１０４と、複数の捻り羽根１０５と、ハブ部１０６とからなる。ここで天井扇モータ１０３は、回転軸１０２を中心に回転する。天井取付部１０４は、本体１０１を天井に取付ける。複数の捻り羽根１０５は、ハブ部１０６に取り付けられている。ハブ部１０６は、捻り羽根１０５の回転中心となる。なお、本体１０１の直径は１５００ｍｍとなっている。

　また図８は、従来の天井扇の捻り羽根を示す斜視図である。図８に示すように、捻り羽根１０５は平翼であり、翼の根元（ＲＥ）から先端（ＴＥ）まで連続的に捻った構造となっている。また捻り羽根１０５は、正圧面が凹面となっていて、負圧面が凸面に湾曲している。捻り羽根１０５の前縁（ＬＥ）と後縁（ＴＲＥ）とを結ぶ翼弦の長さは、ＲＥからＴＥにかけて漸次減少している。また図８中の２点鎖線にて示した図形は、捻り羽根１０５の回転軸１０２を中心とした任意の半径を有する円筒断面を示している。

　なお、本従来例では一例として、捻り羽根１０５の距離（Ｄ１）は６１２ｍｍとし、Ｄ１を５つの中間面（ＲＳ）により等分した距離（Ｄ２）は１０２ｍｍである。また、回転軸１０２を中心とした任意の半径を有する円筒断面上におけるＬＥとＴＲＥとを結んだ直線と、回転面（水平面）とのなす角度である羽根角度は、ＲＥにおいて３２°、ＴＥにおいて５°としている。

　このような従来の天井扇において、周速に応じた羽根角度を採用している捻り羽根１０５は、一般的な軸流ファンのように羽根回転面に対して垂直方向の流れを生成するのであれば効率的な昇圧が可能となる。しかしながら、天井扇のように吸込側に天井面があると、吸込側の気流方向が回転面に対して斜め横方向、吹出側の気流方向が羽根回転面に対して垂直方向となる。そのため、周速に応じた羽根角度が採用されると、特に羽根の根元側において行う昇圧作用が気流吸込時の圧力損失増大に影響し、ファン効率の低下を招くという課題があった。

米国特許第７，２１０，９１０号公報

　本発明は回転軸の一端を天井面に固定する取付部と、回転軸を中心に回転する電動機と、電動機の全部または一部を内包する回転体と、電動機または回転体に固定される複数の羽根とを有し、電動機とともに羽根が回転し送風を行う天井扇において、羽根は回転の方向側の縁部である前縁と回転の方向に対して逆方向側の縁部である後縁とを有し、回転軸の中心から羽根の先端までの水平方向長さを天井扇半径とし、回転軸を中心とした任意の天井扇半径における羽根の円筒断面の前縁と後縁とを結ぶ翼弦が水平面となす角度を羽根角度としたとき、天井扇半径の１／２近傍位置の羽根角度が最大になるとともに、翼弦の長さが最大になり、任意の天井扇半径における羽根角度の最小値と最大値との差が６°以上２０°以下である。

　羽根角度および翼弦の長さの最大値が、天井扇半径の１／２近傍位置にあることにより、天井扇の吸込み領域となる天井隙間の圧力損失の増大が抑制される。そして低軸動力にて風量を向上させることができるので、省エネルギー性に優れ、高風速かつ高い清涼感が得られる。

図１は、本発明の実施の形態の天井扇を示す斜視図である。図２は、同天井扇を示す正面斜視図である。図３は、同天井扇の羽根角度を説明する図である。図４は、同天井扇の羽根の上面図である。図５は、同天井扇の５箇所の任意の位置における羽根の断面図である。図６は、同天井扇の羽根の任意の位置における断面を含む斜視図である。図７は、従来の天井扇を示す斜視図である。図８は、同天井扇の捻り羽根を示す斜視図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態）
　図１は、本発明の実施の形態の天井扇を示す斜視図である。図１に示すように天井扇１０は、取付部１と、電動機２と、回転体３と、複数の羽根４とを有し、電動機２とともに羽根４が回転し送風を行う。ここで取付部１は、回転軸１ａの一端１ｂを天井面５に固定する。電動機２は、回転軸１ａを中心に回転する。回転体３は、電動機２の全部または一部を内包する。複数の羽根４は、電動機２または回転体３に固定される。本発明の実施の形態では、一例として天井扇１０の直径は１５００ｍｍである。

　図２は、本発明の実施の形態の天井扇を示す正面斜視図である。図２に示すように、羽根４は回転の方向４ａ側の縁部である前縁４ｂと、回転の方向４ａに対して逆方向側の縁部である後縁４ｃとを有している。すなわち羽根４は、前縁４ｂから空気に衝突する。また回転軸１ａから羽根４の先端４ｅまでの水平方向長さは、天井扇半径６とする。

　図３は、本発明の実施の形態の天井扇の羽根角度を説明する図である。図３は、図２に示す回転軸１ａを中心とする円筒断面上における羽根４の断面形状を示している。また図３では、羽根角度８と翼弦７の長さが最大になる任意の位置６ａ（＝４５０ｍｍ）における羽根４の断面形状と、羽根角度８が最小になる任意の位置６ａ（＝７１３ｍｍ）における羽根４の断面形状との２断面を示す。図２に示す天井扇半径６の任意の位置６ａにおける前縁４ｂと、後縁４ｃとを結ぶ翼弦７が、図３に示す水平面となす角度が羽根角度８である。そして本発明の実施の形態の天井扇１０は、天井扇半径６の１／２近傍位置６ｂの羽根角度８が最大になるとともに、翼弦７の長さが最大になる。また任意の位置６ａにおける羽根角度８の最小値と最大値との差が、６°以上２０°以下である。

　ここで、羽根角度８の最小値と最大値との差が６°未満の場合、１／２近傍位置６ｂの昇圧作用と、１／２近傍位置６ｂよりも内周側における羽根４の昇圧作用の差が小さくなる。そのため、羽根４の内周側における昇圧作用が増加することにより、天井扇１０の気流吸込時における圧力損失が増大し、ファン効率が低下する。一方、羽根角度８の最小値と最大値との差が２０°よりも大きい場合、１／２近傍位置６ｂにおいて局所的に昇圧する羽根４となる。そのため、１／２近傍位置６ｂよりも外周側における昇圧作用が減少し、ファン効率が低下する。

　本発明の実施の形態では一例として、羽根角度８と翼弦７の長さが最大になる任意の位置６ａは４５０ｍｍ、羽根角度８＝１７．５°、図３の破線にて示す翼弦７の長さ＝１１５ｍｍである。また、羽根角度８が最小になる任意の位置６ａは７１３ｍｍ、羽根角度８＝５．０°である。従って羽根４における羽根角度８の最小値と最大値との差は、１２．５°となっている。なお図示はしていないが、任意の位置６ａ＝３７５ｍｍにおける羽根角度８は１７．０°、任意の位置６ａ＝３００ｍｍにおける羽根角度８は１６．０°、任意の位置６ａ＝２２５ｍｍにおける羽根角度８は１５．０°である。

　また１／２近傍位置６ｂは、天井扇半径６の５０％以上７０％以下としている。１／２近傍位置６ｂが天井扇半径６の５０％よりも小さい場合、羽根４の内周側での昇圧作用により気流吸込時の圧力損失が増大し、ファン効率が低下する。一方、１／２近傍位置６ｂが天井扇半径６の７０％よりも大きい場合、１／２近傍位置６ｂが受ける抵抗（抗力）が増大し、同様にファン効率が低下する。本発明の実施の形態では一例として、１／２近傍位置６ｂは天井扇半径６＝７５０ｍｍの６０％（４５０ｍｍ）である。

　このような天井扇１０によれば、羽根角度８および翼弦７の長さの最大値が、天井扇半径６の１／２近傍位置６ｂにあるため、天井扇１０の吸込み領域となる天井隙間の圧力損失の増大が抑制される。その結果、天井扇１０は低軸動力にて風量が向上するので、省エネルギー性に優れ、かつ高風速となり高い清涼感が得られる。

　図４は本発明の実施の形態の天井扇の羽根の上面図、図５は同天井扇の５箇所の任意の位置における羽根の断面図である。図４、図５に示すように、１／２近傍位置６ｂから羽根４の先端４ｅにかけて、図３に示す羽根角度８と翼弦７の長さとが漸次減少する。一例として、本発明の実施の形態における天井扇１０の１／２近傍位置６ｂ＝４５０ｍｍから先端４ｅにかけての羽根角度８、翼弦７の長さの分布を表１に示す。

　本発明の実施の形態の天井扇１０では、羽根４の外周側の抗力が低減されることにより、入力に対する羽根４の１／２近傍位置６ｂの仕事量が増加する。そのため、天井扇１０の下流の最大風速値が向上し、省エネルギー性に優れ、かつ高風速となり高い清涼感が得られる。

　図６は、本発明の実施の形態の天井扇の羽根の任意の位置における断面を含む斜視図である。図６に示すように、羽根４の厚み方向４ｆの断面は略翼型形状となっているため、回転時の羽根４の空気抵抗を低減し、入力に対する羽根４の仕事量が増加する。そのため本発明の実施の形態の天井扇１０は、省エネルギー性に優れ、かつ高風速となり高い清涼感を得られる。

　また、羽根４の根元４ｄにおける厚み方向４ｆの断面の最大肉厚部９ａは、羽根４の先端４ｅにおける厚み方向４ｆの断面の最大肉厚部９ｂよりも大きい。本発明の実施の形態では一例として、図６において根元４ｄ側の最大肉厚部９ａが８ｍｍ、先端４ｅ側の最大肉厚部９ｂが６ｍｍである。

　このような羽根４によれば、羽根４の送風性能が維持されるとともに、羽根４の強度が増すので、安全性に優れた天井扇１０が提供される。

　本発明の実施の形態に示した天井扇１０（改善モデル）について、その性能を実測した。また、従来の羽根４の根元４ｄから先端４ｅまで連続的に捻った天井扇を比較モデルとした。

　改善モデル、比較モデルの各パラメータを表２に示す。

　なお、表２以外のパラメータ（例えば、上反角等）はすべて同一とする。改善モデル、比較モデルの天井扇について、ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）規格に基づいて測定した結果を表３に示す。なお、モータはパナソニックエコシステムズ社製天井扇（品番：Ｖ６０ＷＫ，定格電圧２４０Ｖ）のモータを用いた。

　表３に示すように、比較モデルに対して改善モデルでは、最大風速、風量ともに増加した。最大風速とは、ＩＥＣ規格に準じた天井扇の算出に用いられる風速値の最大値を示し、気流による清涼感を示す指標である。天井扇１０の仕事量（全圧）を軸動力により割ったファン効率を比較すると、改善モデルは比較モデルより向上していることが確認された。

　なお、本実施例にて示した改善モデル、比較モデルにおける羽根角度８を同比率にて小さくし、トルクを低下させた評価を行ったところ、本実施例にて示した結果と同様の結果が得られた。また、天井扇１０の直径が１４００ｍｍの場合においても同様の結果が得られている。

　さらに、天井扇１０の省エネルギー性能を示すＣＯＰ（Coefficient Of Performance）について、改善モデルと、従来例にて示したＨａｍｐｔｏｎ　Ｂａｙ社製天井扇（品番：９２８５６、品名：Ｇｏｓｓａｍｅｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ）を比較すると、改善モデルでは３．３、従来例では２．７となり、改善モデルの優位性が示された。

　本発明の天井扇は家庭用、事務所用などに活用が期待される。

１　　取付部
１ａ　　回転軸
１ｂ　　一端
２　　電動機
３　　回転体
４　　羽根
４ａ　　回転の方向
４ｂ　　前縁
４ｃ　　後縁
４ｄ　　根元
４ｅ　　先端
４ｆ　　厚み方向
５　　天井面
６　　天井扇半径
６ａ　　任意の位置
６ｂ　　１／２近傍位置
７　　翼弦
８　　羽根角度
９ａ，９ｂ　　最大肉厚部
１０　　天井扇

Claims

回転軸の一端を天井面に固定する取付部と、
前記回転軸を中心に回転する電動機と、
前記電動機の全部または一部を内包する回転体と、
前記電動機または前記回転体に固定される複数の羽根とを有し、
前記電動機とともに前記羽根が回転し送風を行う天井扇において、
前記羽根は前記回転の方向側の縁部である前縁と前記回転の方向に対して逆方向側の縁部である後縁とを有し、前記回転軸の中心から前記羽根の先端までの水平方向長さを天井扇半径とし、前記回転軸を中心とした任意の前記天井扇半径における前記羽根の円筒断面の前記前縁と前記後縁とを結ぶ翼弦が水平面となす角度を羽根角度としたとき、前記天井扇半径の１／２近傍位置の前記羽根角度が最大になるとともに、前記翼弦の長さが最大になり、任意の前記天井扇半径における前記羽根角度の最小値と最大値との差が６°以上２０°以下であることを特徴とする天井扇。
前記１／２近傍位置は、前記天井扇半径の５０％以上７０％以下の位置であることを特徴とする請求項１に記載の天井扇。
前記羽根角度と前記翼弦の長さとが、前記羽根の前記１／２近傍位置から前記先端にかけて漸次減少することを特徴とする請求項１に記載の天井扇。
前記羽根の厚み方向の断面が翼型形状であることを特徴とする請求項１に記載の天井扇。
前記羽根の根元の前記厚み方向の最大肉厚部は、前記先端の前記厚み方向の最大肉厚部よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の天井扇。